光学可变安全元件 |
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| 申请号 | CN201680008927.7 | 申请日 | 2016-02-02 | 公开(公告)号 | CN107206831B | 公开(公告)日 | 2019-07-05 |
| 申请人 | 蒂萨斯克里博斯有限责任公司; | 发明人 | S·博格斯缪勒; K·舒尔特-韦金; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及制造光学可变安全元件(20)的方法，其中：将第一图案(F)分解成第一子图案(91，92，93，94，95)，将编码第一图案(F)的第一定向反射率分配给第一子图案(91，92，93，94，95)，制作具有多个单个光学元素(51，52，53，54，55，110，111，112，113，114)的浮雕层(50)，所述单个光学元素各自具有单个元素表面(3)，将所述单个元素表面(3)分成反射区(61‑80)，将具有不同单个元素表面(3)的第一反射区(61‑65)分配给第一图案(F)，分配了第一图案(F)的第一反射区(61‑65)设置有第一定向反射率。 | ||||||
| 权利要求 | 1.制造光学可变安全元件(20)的方法，其中： |
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| 说明书全文 | 光学可变安全元件技术领域[0001] 本发明涉及制造光学可变安全元件的方法。本发明也涉及光学可变安全元件。 背景技术[0002] US 6,036,233记载了具有光学可变结构的数据载体，其中将图案分解成子图案并施用于浮雕层上。浮雕层包含子区域，其与浮雕层指向相同方向并且其上施用子图案。垂直于浮雕层的横截面是三角形的。将第一图案的子图像施用于三角形的一个边，将其它图案的子图像施用于三角形的另一个边，由此在第一图案的子图像的斜视角，或在另一图案的子图像的另一斜视角，将两者组合以分别形成该图案或另一图案。在此情况下，第一图案分别遮蔽另一图案，使得仅可看见一个图案或另一个图案，这与在垂直视角的光入射的性质本质上无关。 [0004] 这些类别的光学可变元件包含微浮雕结构。当具有这样的浮雕结构时，可以克服平面光学可变元件的局限。特别地，可以实现专门的角度相关光学效应。通常，光学效应对照明位置的依赖性很小，由此通常可以使用这样的光学可变元件。原则上，具有浮雕结构的光学可变元件包含至少一个浮雕层和至少一个信息层。在此情况下，浮雕层和信息层的位置、网格、角度、尺寸等通常彼此相配。浮雕层与信息层相互作用，这两个层共同产生共有的光学效应，例如观察者观察到的图像，其会随观察角度变化而变化。信息层可以是，例如，印制层。 [0005] 在具有浮雕结构的光学可变元件的类别中，存在包含微透镜阵列的所述元件。 [0006] 这里所述的阵列是指微透镜在预定网格中的规律重复。在此情况下微透镜可以按矩形、六边形、或按另一种方式规律地排列。不规律排列也是已知的。通常，这些光学可变元件用作莫尔放大镜(moirémagnifier)，或用作其变体(参见，例如，Kamal et.al.，"Properties of moirémagnifiers"，Opt.Eng.37(11)，3007-3014(Nov 01，1998))。在此情况下，使微图像阵列作为信息层排列在微透镜阵列之下，微透镜阵列的网格和微图像阵列的网格是容易相互区分的。信息层在此情况下是平面的。在该申请中，微透镜聚集到信息层上，即，在微透镜平面和信息层之间存在厚度等于微透镜焦距的分离层。当观察这样的元件时，为观察者提供微图像的放大图像，其显现为在某一深度漂浮并且当倾斜元件时可明显移动。该原理存在众多变体。例如，可以展示任何所需的观察角度相关动画，而不是放大的微图像。 [0007] 可以使用微柱镜阵列，即柱透镜的一维阵列，代替微透镜阵列。在此情况下，仅在一个维度上、尤其是垂直于柱透镜的维度上压制预期展示的图像。将该压制图像作为柱透镜下的一维阵列作为信息层放置，图像阵列的网格也稍不同于透镜阵列的网格。而且也可获得莫尔放大镜。但是，与二维透镜相反，在倾斜过程中放大的图像仅在一个维度上(垂直于柱透镜)移动。当将柱透镜以垂直于观察者双眼之间连线的方向取向时，可以实现立体深度效果。 [0008] 在具有微透镜阵列的光学可变元件中，浮雕层和(平面)信息层通常位于两个不同平面。这特别是由于信息层通常以一定距离，例如等于微透镜从微透镜层起始的焦距的距离排列。微透镜层通常必须排列在信息层之上，由此观察者可以通过透镜自上而下看到信息层。这种排列在制造方面具有一些缺点。例如，或者需要在施用微透镜层之前印制信息层，或者必须将该层结构自下而上，即从微透镜的对边印制。由于信息层的微图像网格一定不能旋转回微透镜网格，制造技术会遇到巨大的障碍。 [0009] 在具有浮雕结构的光学可变元件之中，还存在其它实施方式，其中信息层直接邻接浮雕层，因此采用浮雕形状本身。这可以例如如下进行：直接印制浮雕层，或者使相邻有色层暴露于激光，所述激光例如以某一角度撞击浮雕。光学可变效应在此情况下通过遮蔽获得。如果观察者在不同角度观察到这样的元件，他主要会看到面朝他的浮雕表面，而背对他的浮雕表面就会封闭，即，遮蔽。如果浮雕由例如某种波纹片图案组成，则观察者从一边观察到的图像可能不同于从另一边观察到的图像，参见例如EP 0 372 274 A2和US 6 036 233。为实现该效果，必须将两个图像分成条带并彼此交错，然后将其以与波纹片结构精确对齐的方式施用于波纹片结构上。例如，也可以使用四边(微)棱锥，棱锥的每一个边分配有四个图像之一，且每个图像都不同(US 8 100 436 B2)。当分别从四个边之一观察光学可变元件时，分别获得不同的图像。 [0010] 具有浮雕结构的常规光学可变元件具有一些缺点。例如，图像层的制造必须按与浮雕结构精确对齐的方式进行。为实现遮蔽效果，浮雕结构必须非常显著。这表示必须使用较大的角度，因此需要相对高的浮雕结构。否则，从特定观察角度可能发生不仅观察到所需图像，而且会以干涉的方式观察到预期在其它观察角度才可观察到的其它图像。如果自上而下观察这样的元件，在大多数情况下会得到所有单个图像的不期望混合物。 发明内容[0011] 本发明的目的是提供一种开头所述的制造光学可变安全元件的方法，该方法至少部分克服上述缺点。 [0012] 第二方面，本发明的目的是提供引言中提及类型的光学可变安全元件，所述方法至少部分克服上述缺点。 [0013] 该目的在其第一方面通过具有如下的技术特征的方法实现。 [0014] 在此情况下，将第一图案分解成第一子图案。将编码第一图案的第一定向反射率分配给第一子图案。优选地，这涉及具有高反射率的区域(优选为全反射区域)，或具有极低反射率的区域(优选为全吸收区域)。 [0015] 在此情况下，优选将相同反射率分配给整个范围子图案上每一子图案。但是，反射率也可以在一个子图案上、或一些子图案上、或全部子图案上变化。 [0016] 根据本发明，制作具有多个单个光学元素的浮雕层，单个光学元素各自具有单个元素表面。单个光学元素可以按相同方式或不同方式或以分别相同元素组中两个、三个、或任何更大数目在浮雕层中排列。 [0017] 优选地，将每一单个元素表面再分成反射区，在这种情况下，优选将每一单个元素表面再分成相等数目的反射区，反射区的数目有利地对应于编码图案的数目。但是，反射区的数目也可以大于编码图案的数目。 [0018] 将具有不同单个元素表面的第一反射区分配给第一图案，分配给第一图案的第一反射区设置有第一定向反射率。这表示，将分解成第一子图案的第一图案在反射区中编码。在此情况下，优选规定使用由白色背景上的黑色形成的图案，然后在子图案中形成黑白色图案，每一待配置的子图案为全黑或全白。如果子图案之一仅由白色背景组成，则在整个子图案上分配给其极低的反射率，且当配置仅黑色的子图案时，在整个子图案上分配给其高反射率。如果子图案由黑色和白色背景的区域构成，则向子图案分配不同的第一定向反射率。 [0019] 本发明涉及制造具有浮雕层和信息层的光学可变安全元件的方法，所述信息层直接邻接浮雕层且采用浮雕层的轮廓。信息层通过设置有定向反射率的反射区的总和形成。对于本发明必要的是，第一反射区设置有第一定向反射率，即，反射是非漫射的。 [0020] 光在界面处的反射中，定向反射和漫反射之间是存在区别的。通常发生定向反射和漫反射的混合。定向反射特别在以下情况发生，当表面相对于光的波长足够光滑时，即，粗糙结构显著小于光的波长。曲面和定向反射并不相互排斥，这种情况可以给出的一个实例是望远镜的抛物面反射镜。定向反射表现为“入射角等于反射角”，在这种情况下关于曲面法线(垂直于正切面)的角度是与曲面相关的角度。 [0021] 反射率是指反射光强度与入射光强度的比率。在下文中，定向反射率是指定向反射光强度与入射光强度的比率。定向反射率也可以称为镜面反射因子。对于用作光学可变安全元件的应用，可见光波长(约400nm-700nm)中的以上所有定向反射率都是可用的。在此情况下，金属例如铝、银、金、铜等具有特别高的反射率。这是特别有利的，因为薄且光滑的高反射层可以通过蒸发、电镀或用金属颜料涂层印制制造。 [0022] 根据本发明的光学安全元件基于不同的定向反射。因此对于根据本发明的光学元件的最大定向反射率而言特别有利的是，其特别高，优选至少在可见光波长范围内大于5％，优选大于10％，优选大于50％，最佳大于90％。这是因为，反射率越高，特征的可见性越好。 [0023] 光学可变安全元件的照明优选以非漫射方式进行。 [0024] 漫射是指同时从所有方向撞击光学可变元件的照明，例如户外云量下的白天或扩展平面光源，或由大的照明表面产生的间接光线。非漫射是指从小且中心的立体角范围撞击光学可变元件的照明，例如点光源，聚光灯，白炽灯泡，发热灯，霓虹灯，窗户或阳光。 [0025] 在此情况下，应该注意的是，非漫射光源和漫射光源之间的区别是非常易变的，尤其是在以下情况下更是如此，非漫射照片通过晴空下的阳光产生，漫射照明通过多云天气中的阳光产生。本发明图案之间变化的光学可变行为是否发生也取决于反射区的尺寸，当入射光是较为非漫射的时，可以选择较小的尺寸。 [0026] 本发明基于光在曲面上的定向反射。如果用非漫射光源照射定向反射曲面，则观察者可以看见光源在定向反射曲面上在表面上的下述位置处的反射，在所述位置处表面的曲面法线平行于从光源到表面上该位置处的直线和从观察者到表面该位置处的直线之间的角的角平分线。这符合反射定律“入射角等于反射角”，并且根据曲率可以在曲面上的多个位置处满足这一定律，由此观察者可以在不同位置观察到多个镜面反射。在不满足该条件、或不定向反射的位置，观察者无法观察到镜面反射。在曲面的情况下，观察到镜面反射的位置取决于光源的位置和观察者相对于曲面的位置。如果这些位置改变，则曲面上观察到镜面反射的位置也会改变。因此，例如，不同的镜面反射可以从不同的观察位置观察到。 [0027] 根据本发明，曲面和不同定向反射的反射区以下述方式彼此相配，所述方式使得观察者从不同位置观测到不同图案。这些图案由镜面反射组成。本发明的优点是，镜面光反射、以及因此形成的复杂图案都可以具有高亮度，这取决于反射率。表面的最大定向反射率越大，图案显现的越亮。 [0028] 本发明相对于现有技术具有显著的优势。常规的信息层直接邻接浮雕结构的光学可变元件是基于遮蔽。因此，为了能够表示彼此分开的两个不同图像而需要的角度范围必须非常大。为了通过遮蔽将两个图像完全彼此分开，必须将它们以彼此相差90°的角度排列在表面上。 [0029] 如果角度减小，遮蔽就不再完全。因此不可能在光学可变元件中编码极大数目的不同图案。例如，在四面棱锥的情况下，仅存在四种图案，在波纹片结构的情况下仅存在两种图案。 [0030] 本发明不是基于遮蔽，且出乎意料地发现，遮蔽变得不再必要。观察者从一个特定位置看见构成该位置处图案的镜面反射。理论上，在该位置也可以看见所有其它结构(未被遮蔽)，即，对于其它观察位置提供的具有不同反射率的区域。从这种程度上讲，实际上必将观察到多个图案的叠加。但是，干涉图案与镜面反射相比太暗，使得它们仅能作为均匀背景被观察到。这种均匀背景的观点进一步优选通过该结构的较小侧向尺寸增强，所述侧向尺寸优选小于人眼的分辨能力。 [0031] 优选地，第一反射区在单个元素表面上的位置如下确定：从预设的第一观察者位置确定光源在每一单个元素表面上的可见定向反射位置，和将分配给第一图案的第一反射区安排在定向反射的反射位置周围。分配给第一图案的第一反射区由此以下述方式分布在单个元素表面上，所述方式使得优选点光源的第一反射或非漫射光源的第一反射从预设的观察者位置以特定角度在光学可变元件上形成，然后其上分布第一图案的子图案的第一反射区在第一反射周围形成。 [0032] 根据本发明的光学可变安全元件优选在以下情况下形成：将至少一个其它图案分别分解成其它子图案，其中分别编码其它图案的其它定向反射率至少部分地分配给所述其它子图案，将单个元素表面再分成反射区，将具有不同单个元素表面的其它反射区分别分配给至少一个其它图案，分别分配给至少一个其它图案的其它反射区设置有各自的其它定向反射率。此处及下文，其它图案意在表示其他单个图案，即，两个、三个、或任何更大数目的图案。 [0033] 在此情况下，不仅第一图案、而且至少一个其它图案在光学可变安全元件上编码，在这种情况下，有利地，选择至少一个不同于第一观察者位置的其它观察者位置且确定光源在每一单个元素表面上的至少一个其它定向反射的至少一个其它位置，将分配给至少一个其它图案的其它反射区在至少一个其它定向反射的至少一个其它位置周围排列。多个图案可以在二维浮雕层或一维浮雕层中形成。 [0034] 理论上，本发明可以包含具有不同定向反射率的区域的任何浮雕(即，曲面)起作用。甚至可以使用完全无规选择的自由形式的表面。在此情况下，其表面元素的计算涉及非常复杂的反射率，必须借助于3D程序和模拟来确定。也证实这样的元素的制造是非常复杂的。为此，优选下述浮雕，其包含至少在子区域中重复的单个结构。理论上，对于重复的单个结构，可以在二维单个结构和基本上一维的单个结构之间产生区别。 [0035] 在重复的二维单个元素中，认为M个重复单个元素中的每一个是多图案点。多图案点的反射区的观察到的亮度取决于光源的具体地点和座落场所，安全元件的具体地点和座落场所和观察者的具体地点和座落场所，以及出现反射处的定向反射率。将M个多图案点分别再分成N个反射区，M个多图案点的N反射区中的每一个对应于N个图案之一的M个子图案之一。根据图案的相应子图案的亮度调节M多图案点的N反射区的定向反射率。例如，如果相应子图案具有低亮度，则调节低定向反射率，反之亦然。然后观察者可以从镜面反射的不同位置观察到N个图案中每一个。 [0036] 有利地，二维结构在规则的二维网格中重复。这样的网格可以是矩形，六边形，或者其它方式的规则形状。单个元素可以是凹面，凸面或凸凹面。例如，单个元素由半球、球形段、半椭球体、椭球体段、抛物线段、或与其略有偏差的结构组成，或者以其他方式拱起的结构。 [0037] 基本上一维是指安全元件的长度远大于宽度、且其垂直于纵轴的横截面沿纵向方向的该轴基本上相同的单个元素。 [0038] 在重复的基本上一维的单个元素中，认为K个重复单个元素中每一个都是多图案线。将该多图案线分成平行于一维结构的L个多图案点，在这种情况下这种区分可以任意选择。这得到总数K*L个多图案点。多图案点的反射区的观察到的亮度取决于光源的具体地点和座落场所，单个元素的具体地点和座落场所和观察者的具体地点和座落场所，以及出现反射处的定向反射率。光源在此情况下应该具有对应于光学可变安全元件的尺寸的最小程度，以便于能够观察到最佳效果。将M个多图案点分别再分成N个反射区，M个多图案点的N个反射区各自对应于N个图案之一的M个子图案之一。M个多图案点的N个反射区的定向反射率根据该图案的相应多图案点的亮度调节。例如，如果相应多图案点具有低亮度，则调节低定向反射率，反之亦然。然后观察者可以从镜面反射的不同位置观察到N个图案中的每一个。 [0039] 有利地，一维单个元素在规则网格中重复。单个元素可以是凹面，凸面或凸凹面。例如，单个元素的横截面由半圆、圆形段、椭圆段、抛物线段、或与其略有偏差的结构组成，或者以其他方式拱起的结构。 [0040] 有利地，第一反射区在单个元素表面上的位置如下确定：从预设的第一观察者位置确定光源在每一单个元素表面上可见定向反射的第一反射的位置，并且将分配给第一图案的第一反射区在第一反射的位置周围排列。 [0041] 在可以从不同观察者位置、和优选仅从精确的这些观察者位置观察到多个图案的情况中，选择不同于第一观察者位置的其它观察者位置，确定光源在每一单个元素表面上进一步定向反射的其它反射的位置，将分配给其它图案的其它反射区在其它定向反射的其它反射的位置周围排列。 [0042] 发射非漫射光的光源在单个元素表面上产生反射。当反射率高时，反射亮，当反射率低时，反射暗。对于安全元件的预设位置和光源相对于安全元件的预设排列，反射在单个元素表面上的位置取决于观察者看向光学可变安全元件的观察者角度。根据观察者角度，反射沿单个元素表面移动。理论上按下述方式选择分配给图案的反射区，所述方式使得分配给其它图案的其它反射不可从第一观察者位置观察到，且反之分配给第一图案的第一反射不可从其它观察者位置观察到。 [0043] 此外，优选使反射区和其它反射区定向反射入射光。 [0044] 有利地，以下述方式配置轮廓层，所述方式使得第一反射区和其它反射区在非漫射光入射下从其它观察者位置或第一观察者位置不可见，且在漫射光入射下从第一观察者位置和从其它观察者位置都可看见第一图案和其它图案两者。 [0045] 第一反射区和其它反射区有利地按下述方式排列，所述方式使得它们不会互相遮蔽，并由此在优选的各观察者位置共同处于观察者的视野中。但是，在定向反射的情况下，仅当观察者处于第一观察者位置或其它观察者位置时，他才能看见反射。 [0046] 与已知浮雕相比，根据本发明的浮雕层可以具有极低的浮雕高度，以便于实现所需的变化效果或倾斜效果(Kippeffekt)。有利地，单个元素存在范围处于低于眼睛的分辨能力(其为80μm)的数量级。 [0047] 已经制造出直径为40μm的单个元素，其在单个元素的球形截面形构造的情况下升至超出安全元件平面端2.5μm至3μm的高度。使用这种小高度的球形截面，除去安全元件的平面上小于20°的极端视角，几乎可以看见整个单个元素表面。 [0048] 通过将仅包含金属的涂层印制到具有高反射率的反射区上，有利地将信息层施用于浮雕层上。在根据本发明的方法的另一种实施方式中，首先将浮雕层全金属化，然后通过将具有低反射率的反射区脱金属而形成信息层。脱金属可以优选使用激光蚀刻仪进行。使用的激光蚀刻仪以聚焦方式聚集到金属化层上。在实践实施方式中，聚焦激光束的直径为约1μm至10μm，由此可以将约40至4个不同的子图案施用于直径为例如40μm的单个元素。 [0049] 在根据本发明方法的另一种实施方式中，浮雕层在具有低反射率的反射区涂布有隔离涂层，然后浮雕层完全镜面化，并且接着将隔离涂层清洗掉。作为其备选实施方式，可以将浮雕层在具有高反射率的反射区涂布有结合涂层，然后浮雕层完全镜面化并且浮雕层在没有接合涂层的反射区中的镜面化被清洗掉。 [0050] 通过具有如下的技术特征的光学可变安全元件可实现第二方面的目的。 [0051] 光学可变安全元件包含具有多个单个光学元素的浮雕层，每一单个光学元素具有单个元素表面。将单个元素表面再分成反射区。将第一图案分解成第一子图案，将编码第一图案的第一定向反射率分配给第一子图案。将具有不同单个元素表面的第一反射区分配给第一图案。分配给第一图案的第一反射区设置有第一定向反射率。 [0052] 光学可变安全元件优选通过上文所述的方法之一制造。 [0053] 优选地，将第一反射区排列在光源定向反射到预设的第一观察者位置的反射位置周围的元素表面上。 [0054] 优选地，将其它图案分解成其它子图案。将分别编码其它图案的其它定向反射率分配给其它子图案。将单个元素表面再分成第一反射区和其它反射区。将具有不同单个元素表面、优选具有所有单个元素表面的其它反射区分配给其它图案，分配给其它图案的其它反射区设置有其它定向反射率。 [0055] 优选地，除了第一图案之外，将其它图案施用于安全元件上，在这种情况下其它图案也可以理解为多余一个单个其它图案，也就是说，两个、三个、或任何甚至更大数目的图案。 [0056] 有利地将单个元素表面上的其它反射区分别在光源分别定向进一步反射到预设的其它观察者位置的其它反射位置周围排列，由此第一图案可以从第一观察者位置观察，且其它图案可以从其它观察者位置观察。在以下情况下也可自然实现相同效果：第一观察者位置和其它观察者位置一致，将单个元素倾斜通过第一观察者位置和其它观察者位置质检的同位角。在光学元件的实际操作过程中，通常观察到后一倾斜效果。 [0057] 浮雕层可以具有至少沿纵向方向重复的单个元素。但是，浮雕层也可以具有在纵向方向上和在垂直纵向方向延伸的横向方向上重复的单个元素。第一种情况可以，例如，包括圆柱形截面彼此挨着排列，而在第二种情况下，例如，将球形截面按矩形图案排列。优选地，浮雕层包含M个单个元素，且每一单个元素分别包含N个反射区。 [0058] 优选地，每一单个元素小于300μm，优选小于100μm，优选小于75μm，特别优选小于50μm。每一单个元素可以具有至多100个或20个或5个或2个反射区。单个元素可以按球形截面或圆柱形截面的形式配置，但是单个元素的其它构造形式也是可行的，例如单个元素的曲面。也可以使用不同单个元素的混合物。 [0059] 优选地，可以将平面区布置在邻接的单个元素之间。平面区优选具有选自下组的其它光学有效结构：衍射光栅，傅里叶全息图，和菲涅耳全息图。因此，可以将不同的光学安全元素同时应用于光学可变安全元件上。 [0060] 平面区的光学有效结构可以通过常规方法制造，例如激光蚀刻或压印掩模。掩模优选包含单个元素的微结构和平面区的光学有效结构两者，分别作为凹模。掩模优选为镍垫片，优选将其施用于滚筒上。以这种方式，可以使用经济的卷对卷压印方法。作为可替换的实施方式，掩模可以是通过金刚石车削制造的压印滚筒。平面区的衍射光栅在此情况下可以同样通过金刚石车削产生。附图说明 [0061] 以下将在14个附图中借助于多个示例性实施方式描述本发明，其中： [0062] 图1a，1b显示具有高定向反射率的曲面上的反射的图示， [0063] 图2显示具有球形截面的阵列的表面上的反射， [0064] 图3a在平面视图中显示球形截面的阵列， [0065] 图3b显示第一图案， [0066] 图3c显示第二图案， [0067] 图3d显示图3a中的分别具有每个球形截面两个反射区的球形截面阵列， [0068] 图3e，3f显示从与图3b，3c中图案不同的观察者位置对观察者展示的反射图案，[0069] 图4显示图3a中阵列再分成每个球形截面四个反射区， [0070] 图5显示由扩大的照明表面进行的球面照明， [0071] 图6用示意性光路显示浮雕层的配置为半圆柱体的单个元素， [0072] 图7a显示配置为半圆柱体的浮雕层， [0073] 图7b显示第一图案， [0074] 图7c显示第二图案， [0075] 图7d显示第三图案， [0076] 图7e显示施用于图7a中分别具有每半圆柱体15个子区域的浮雕层上的图7b-7d信息层中图像的段编号， [0077] 图7f-7h显示光束在图7e中的光学元件上的对观察者显示的反射， [0078] 图8显示具有球形截面和平面区的光学安全元件的图示， [0079] 图9a，9b显示单个图像的图示， [0080] 图10a-10d显示通过倾斜光学安全元件获得的移动图案的图示， [0081] 图11a-11d显示具有持续镶边的移动图案，其通过倾斜光学安全元件获得，[0082] 图12a-12d显示光学安全元件的各种层结构， [0083] 图13a-13d显示具有对比层的光学安全元件的各种层结构， [0084] 图14显示用于制造根据本发明光学元件的激光蚀刻仪的图示。 具体实施方式[0085] 图1a和1b示意性地展示反射来自非漫射光源1的第一入射光束21a在形状为具有高定向反射率的球形截面(即，镜像半球)的表面3上的行为。如果镜像半球的表面3在此情况下由配置为点光源的非漫射光源1照射，则观察者从根据图1a的第一观察者位置41观察到第一反射光束21b作为光源1的镜面第一反射31，其形式为镜像半球上的亮光点。第一反射31在半球的镜像表面3上在第一反射区61的下述位置形成，在该位置镜像表面3的第一曲面法线N1(此处由虚线表示)平行于第一入射光束和第一反射光束21a，21b之间的角的角平分线延伸。当观察者将第一观察者位置41改变为根据图1b的第二观察者位置42时，第一反射31的位置变化到第二反射83。 [0086] 在图1b中，第二反射83在第二反射区71中的下述位置形成，在该位置镜像表面3的第二曲面法线N2(其同样由虚线表示)平行于第二入射光束和第二反射光束22a，22b之间的角的角平分线延伸。第一反射和第二反射31，83的亮度取决于反射31，83在表面3上的位置处的定向反射率：定向反射率越高，反射31，83越亮。如果第一反射区61(其中产生第一反射31)和第二反射区71(其中产生第二反射83)中的反射率不同，观察者将观察到不同亮度的反射，这取决于观察位置41，42。 [0087] 图2示意性地展示具有浮雕层50的光学可变安全元件20的横截面，所述浮雕层50具有配置为球形截面51，52，53，54的单个元件，它们以二维阵列的形式分布在浮雕层50上。球形截面51，52，53，54在浮雕层50的平面中接触。所有球形截面51，52，53，54的表面3是完全镜像的。 [0088] 与图1a，1b中的示例性实施方式对比，在此情况下展示四个球形截面51，52，53，54，由此当观察者从第一观察者位置41看向球形截面51，52，53，54的阵列时，会看见四个反射31，32，33，34，理论上观察者从第一观察者位置41可看见与球形截面51，52，53，54一样多的反射31，32，33，34。第一反射31，32，33，34在观察者眼中合并形成第一(总体)图案。 [0089] 但是，在此情况下，应该注意到，第一图案的第一反射31，32，33，34在各球形截面51，52，53，54上的位置来自于在各自球形截面51，52，53，54的表面3的另一第一反射区61， 62，63，64，例如，将在左球形截面51中产生第一图案的第一反射区61的第一反射31刚好邻近在球形截面51末端的右侧排列，而将第四球形截面54的产生第一图案的其它第一反射区 64的其它第一反射34排列在球形截面54几乎邻近极点的中心。构成总体图案的第一反射区 61，62，63，64必需以下述方式排列，所述方式使得从第一观察者位置41，单个第一反射31， 32，33，34合并形成第一总体图案。 [0090] 由于根据图1a，1b，当从第一观察位置41改变为第二观察位置42时，反射31，83的位置改变，对于不同的观察位置41，42可以观察到不同图案。 [0091] 图3a显示光学可变元件20的矩形浮雕层50，其由5×5个球形截面51，52，53，54，55组成。25个球形截面51，52，53，54，55按五行五列正交排列。它们形成球形截面网格。仅最初的五个球形截面51，52，53，54，55由参考符号表示。 [0092] 图3b显示第一图案，即字母“F”，图3c显示第二图案，即字母“T”。将第一图案和第二图案在矩形5×5网格(对应于球形截面网格)中分别分解成子图案91，92，93，94，95，101，102，103，104，105。在此情况下，仅展示子图案91，92，93，94，95或101，102，103，104，105的第一行。在此情况下，两个图案的每个图案实际上分别由25个子图案组成。25个球形截面 51，52，53，54，55在5×5正交网格中排列。将借助于球形截面51，52，53，54，55的第一行介绍功能原理。对于五个球形截面的其它四行也各自类似地适用。 [0093] 将球形截面51，52，53，54，55分别各自再分成第一反射区61，62，63，64，65和第二反射区71，72，73，74，75。在图3d中，第一反射区61，62，63，64，65各自配置为各球形截面51，52，53，54，55的下半部，第二反射区71，72，73，74，75配置为球形截面51，52，53，54，55的上半部。 [0094] 将子图案91，92，93，94，95分配给反射区61，62，63，64，65，将子图案101，102，103，104，105分配给反射区71，72，73，74，75。 [0095] 在光源反射到第一观察者位置41的过程中，第一反射区61，62，63，64，65形成第一图案，字母“F”，在光源41反射到第二观察者位置42的过程中，第二反射区71，72，73，74，75形成字母“T”。以下述方式配置球形截面51，52，53，54，55的反射率，该方式使得第一反射区61，62，63，64，65编码字母“F”，第二反射区71，72，73，74，75编码字母“T”。 [0096] 在图3d中，具有高定向反射率的第一和第二反射区61，62，63，64，65，71，72，73，74，75表示为白色，具有低定向反射率的反射区表示为黑色。观察者从根据图2的几何形状确定的第一观察者位置41观察到第一图案“F”的第一反射31作为亮点，其展示于图3e并且作为第一反射31的总和，因此表示字母“F”。当从不同于第一观察者位置41的第二观察者位置42观察根据图3d光学可变安全元件20时，观察者看见第二反射83，其展示于图3f，第二反射83的总和表示字母“T”。在图3e和3f中，反射由深色点表示。为了清楚，在图3e，3f中分别仅展示一个反射31，83。 [0097] 如果观察者来回倾斜根据图3的光学可变安全元件20，则观察者观察到第一和第二图案“F”和“T”之间的变化效果。倾斜角对应于第一和第二观察者位置41，42之间的角度。 [0098] 当在漫射光中观察根据图3d的光学可变安全元件20时，观察者可以观察到两个图案“F”和“T”的漫射叠加，其并不随着倾斜角的变化而改变；在物理上这是因为，这种变化效果不是通过一个图案被另一个图案遮蔽而产生，即，因为球形截面51，52，53，54，55的表面3上的区域从观察角不可再观察到，而是因为点光源1定向反射的反射31，83比两个图案“F”，“T”的漫射叠显著更亮而根据本发明获得了变化效果。第一和第二图案“F”和“T”可在漫射光入射下从各观察者位置、特别是第一和第二观察者位置41，42作为叠加看见。 [0099] 图4显示光学可变安全元件20的浮雕层50的示例性实施方式，其中浮雕再次由25个单个元素形成，所述单个元素同样分别作为球形截面51，52，53，54，55形成。在此情况下将球形截面51，52，53，54，55分别分成第一反射区61，第二反射区71，第三反射区66和第四反射区76，理论上特别可将球形截面51，52，53，54，55的表面3分成不同数目的反射区、特别是较高数目的反射区。对于全部25个球形截面51，52，53，54，55，也是这样划分。 [0100] 也可自然想到将球形截面51，52，53，54，55分成不同数目的N个反射区，所述反射区可以分别具有不同的反射率。从N个不同观察者位置观察到的N个图案可由此在光学可变安全元件20中编码。以这种方式，也可将移动的动画编码成光学可变安全元件20，这些分别在图10a至10d和11a至11d中作为实例展示。在此情况下，相邻观察者位置的图案仅递增变化。观察到的图案取决于光源在空间中的具体地点，光学可变安全元件20的座落场所和具体地点，以及观察者在空间中的具体地点。如果将光学可变安全元件20倾斜或移动，可以观察到相对于彼此或相对于其它图案的相对位置。在此情况下，可以展示出不同的图案，这取决于光学可变安全元件20是否向前或向后倾斜，是否向右或向左倾斜，或是否旋转。 [0101] 如果两个相互独立的观察者位置41，42具有的间距近似对应于观察者双眼的眼间距，当从两个观察者位置41，42显示同一图像的不同透视图时，可以实现立体效果。可以按动态动画与立体效果联合的方式获得物体漂浮在表面之下或之上的印象。 [0102] 图5显示球形截面51。但是，非漫射光源1并不是配置为点光源而是配置成照明表面。照明表面或照明立体角越大，第一反射区61以及反射曲面3上的第一反射31越大，因而尺寸取决于照明立体角和表面3的曲率。 [0103] 当使用相对较大的平面光源1时，这使得根据图5的光反射尺寸最小。在此情况下，将球形截面51的表面3再分成反射区61，66，71，76按下述方式进行，所述方式使得球形截面51的反射区61，66，71，76各自具有至少反射31的尺寸，否则不同图案将会叠加。另一方面，当仍可读取有意义的光学可变安全元件20时，非漫射光源1也必须不能超过某一程度。通常，以下述方式选择反射区61，66，71，76的尺寸，所述方式使得在大多数照明情况例如室内照明情况下，可以观察到彼此分开的单个子图案。 [0104] 在本发明的另一种实施方式中，浮雕层50的单个元素配置为根据图6的圆柱形截面110。与球形截面51的表面3上的反射相反，在用扩展光源1反射圆柱形截面110的照明过程中，所得反射不是光点，而是基本上光线120，其平行于圆筒轴取向并且在纵向方向L上具有近似光源1的长度。分配给图案的反射区因此以下述方式排列，所述方式使得针对每个圆柱形截面110的多个第一反射区和第二反射区分别在纵向方向L上配置为彼此挨着。 [0105] 图7a显示配置为圆柱形截面110，111，112，113，114的单个结构的排列，该排列形成浮雕层50。图7b至7d显示：第一图案，即字母“F”，第二图案，即字母“T”，和第三图案，即字母“N”。将每一图案分别分成5×5的子图案。这种划分是不相交的。 [0106] 将图7e显示信息层130施用于图7a中的浮雕层50上，第一反射区61，62，63，64，65分别在各圆柱形截面110，111，112，113，114上具有五个较小的第一反射区。在图7e中，第一反射区较小，上面五个矩形反射区在各圆柱形截面110，111，112，113，114上在纵向方向L彼此挨着排列。同样将第二反射区71，72，73，74，75分别再分成五个较小的第二反射区和第三反射区66，67，68，69，70，第二反射区是在各圆柱形截面110，111，112，113，114中在纵向方向L彼此挨着排列的中间的五个小矩形反射区，第三反射区66，67，68，69，70分别是图7e中各圆柱形截面110，111，112，113，114中的下面五个反射区。圆柱形截面110，111，112，113，114的分配给图像的五个反射区各自按平行于圆筒轴的图像线路排列，并且在反射过程中产生至多五个反射条。 [0107] 在图7e中，具有高反射率的反射区61，62，63，64，65，71，72，73，74，75，66，67，68，69，70表示为白色，具有低反射率的那些表示为黑色。通常形成不同反射率，第一反射区61， 62，63，64，65编码第一图案“F”，第二反射区71，72，73，74，75编码第二图案“T”，第三反射区 66，67，68，69，70编码第三图案“N”。在此情况下将第一反射区61，62，63，64，65各自再分成五个较小的第一反射区。对于第二反射区71，72，73，74，75和第三反射区66，67，68，69，70同样适用。 [0108] 图7f、7g和7h中展示从第一观察者位置41、或从第二观察者位置42、或从第三观察者位置，由单个反射31，83，131，135展示给观察者的图案。在此情况下，仅分配给底部反射区61，71，66的反射31，83，131，135由附图标记表示。 [0109] 可从第一观察者位置41看见的第一反射31总体表示字母“F”，可在第二观察者位置42看见的第二反射83总体表示字母“T”。在第三观察者位置的第三反射131，135总体表示字母“N”。如果观察者来回倾斜根据图7e的光学可变安全元件20，当在非漫射光中照射光学可变安全元件20时，观察者观察到图7f、图7g、图7h的三个图案之间的变化效果。 [0110] 但是，如果用漫射光照射光学可变安全元件20，观察者观察到三个图案“F”、“T”和“N”的漫射叠加，其并不随着倾斜角变化而变化。通过使光学可变安全元件20倾斜在图案之间产生的变化效果并不是通过遮蔽产生，即，表面3的区域从观察角是不可见的并且被表面3的其它区域覆盖。根据本发明产生变化效果，是因为非漫射光源1在观察者位置41，42的方向上的反射31，83，131，135远比三个图案的漫射叠加更亮。 [0111] 图8展示根据本发明的光学可变安全元件20的第三实施方式，其中浮雕层50由球形截面51，52，53，54，55和平面区141，142，143，144，145组成，它们在网格中交替重复，在根据图8的实例中，平面区141，142，143，144，145的表面比例总共为50％，弯曲的球形截面51，52，53，54，55上的其它光学有效结构(其无法制造或者不是有效的，或者仅可有限地制造或者仅有限地有效)可以位于平面区141，142，143，144，145中，例如衍射光栅，傅里叶全息图，和菲涅耳全息图，或者可替换地为微图像或微文本。 [0112] 通过倾斜根据本发明的光学可变安全元件20，在不同的观察者位置41，42可以产生不同的单个图案，如图9a和9b中所示，两个位置是彼此完全独立的。这里，第一图像是一个标识，第二图像是一个序列号。 [0113] 图10a至10d显示动态动画的五个单独图案；对于流畅的动态动画，应该使用其它相应中间像。观察者通过倾斜光学可变安全元件20可以观察到这样的动画，这样的动画与莫尔放大镜有关，或者可以将动画转化成这样的动画。但是，本发明并不限于动态动画，任何期望的动画都是可行的，例如旋转动画或放大动画。 [0114] 当将图10a至10d的动态动画的单个图像以使得观察者的每只眼睛观察到动态动画的不同图像的方式编码成光学可变安全元件20时，获得上述立体效果，即深度印象，仿佛是图像漂浮在光学元件的平面之上或之下。 [0115] 图11a至11d展示动态动画的五个单个图像；对于流畅的动态动画，应该使用其它相应中间像。除了动态动画之外还应用静态元素，此处为锯齿边缘形式。在漫射照明下，不可观察到动画，而是观察到单个图像的叠加，也可看见锯齿状边缘。 [0116] 图12a至12d展示根据本发明的光学可变安全元件20的可能的层结构。 [0117] 图12a显示具有以下层的层结构：浮雕层50；信息层130，其在图12a中直接邻接浮雕层50之上且由虚线表示；和粘合剂层150，其配置在浮雕层50对面。浮雕层50是聚合物膜，其中通过热和压力的效果将直接浮雕压印在所述聚合物膜上。在所有示例性的实施方式中，信息层130表示为虚线。 [0118] 图12b显示具有以下层的层结构：浮雕层50；信息层130，其由虚线表示且外面直接邻接浮雕层50；载体层151和粘合剂层150，载体层151排列在粘合剂层150和浮雕层50之间；和信息层130，其配置在浮雕层50上的载体层151对面。载体层151是聚合物膜，浮雕层50例如是通过UV压印制造的涂料层。 [0119] 图12c展示以下顺序的层结构：保护层152，信息层130，浮雕层50，载体层151和粘合剂层150；图12d展示以下顺序的层结构：载体层151，浮雕层50，信息层130，粘合剂层150。位于信息层130之上的层必须对于该结构是基本上透明的。排列12c或12d的优点是，可保护信息层130免受外界伤害，且实现了高度的抗开裂性。另一个优点是，对于功能性而言没有必要调适覆于信息层130之上的层的折射率。 [0120] 可以将对比层(kontrastgebende Schicht)结合到层结构中。在图12c的实施方式的改良中，图13a显示浮雕层50配置为对比层，并且作为图12d的实施方式的修改，图13b同样显示配置为对比层的载体层151。除了载体层151，对比层也可以额外或代替性地增加。在根据图13c和13d的实施方式中，粘合剂层150配置为对比层，作为图12c和12d中实施方式的增强。 [0121] 图14显示图12d中展示的光学可变安全元件20的实施方式。信息层130在此情况下是金属化层，其例如通过真空蒸发浮雕层50或通过用金属颜料涂层全表面印制浮雕层50产生。全金属化层用激光蚀刻仪160加工。在用激光蚀刻仪160加工过程中，激光束161在信息层130中强力聚焦，且暴露区域通过激光作用脱金属，由此金属化层的定向反射率在该位置降低。另一方面，载体层151和浮雕层50对于激光束161是基本上透明的，使得在这些层中不会发生损坏物质的热效果。 [0122] 在图14中，激光蚀刻仪160的光路通过粗线以抽象方式展示。激光束161借助于光学系统162聚焦，由此其在信息层130的区域中具有小直径，这导致在小区域中的高能输入，因此导致小区域、或点的暴露。当用聚焦的激光束161时，小直径区域具有一定长度，这导致深度公差大约相当于该长度。如果浮雕层50的深度公差大于高度，则信息层130可以完全用激光束161加工，即使其不是平面的。在图14中，平面区141，142，143和球形截面51，52，53，54在浮雕层50中交替，激光蚀刻仪160可以将其它光学有效结构例如衍射光栅、全息图、或菲涅耳全息图整合到平面区141，142，143中。 [0123] 附图标记列表 [0124] 1 非漫射光源 [0125] 3 表面 [0126] 20 光学可变安全元件 [0127] 21a 第一入射光束 [0128] 21b 第一反射光束 [0129] 22a 第二入射光束 [0130] 22b 第二反射光束 [0131] 31 第一反射 [0132] 32 第一反射 [0133] 33 第一反射 [0134] 34 第一反射 [0135] 41 第一观察者位置 [0136] 42 第二观察者位置 [0137] 50 浮雕层 [0138] 51 球形截面 [0139] 52 球形截面 [0140] 53 球形截面 [0141] 54 球形截面 [0142] 55 球形截面 [0143] 61 第一反射区 [0144] 62 第一反射区 [0145] 63 第一反射区 [0146] 64 第一反射区 [0147] 65 第一反射区 [0148] 66 第三反射区 [0149] 67 第三反射区 [0150] 68 第三反射区 [0151] 69 第三反射区 [0152] 70 第三反射区 [0153] 71 第二反射区 [0154] 72 第二反射区 [0155] 73 第二反射区 [0156] 74 第二反射区 [0157] 75 第二反射区 [0158] 76 第四反射区 [0159] 77 第四反射区 [0160] 78 第四反射区 [0161] 79 第四反射区 [0162] 80 第四反射区 [0163] 83 第二反射 [0164] 91 第一子图案 [0165] 92 第一子图案 [0166] 93 第一子图案 [0167] 94 第一子图案 [0168] 95 第一子图案 [0169] 101 第二子图案 [0170] 102 第二子图案 [0171] 103 第二子图案 [0172] 104 第二子图案 [0173] 105 第二子图案 [0174] 110 圆柱形截面 [0175] 111 圆柱形截面 [0176] 112 圆柱形截面 [0177] 113 圆柱形截面 [0178] 114 圆柱形截面 [0179] 120 光线 [0180] 130 信息层 [0181] 131 第三反射 [0182] 135 第三反射 [0183] 141 平面区 [0184] 142 平面区 [0185] 143 平面区 [0186] 144 平面区 [0187] 145 平面区 [0188] 150 粘合剂层 [0189] 151 载体层 [0190] 152 保护层 [0191] 160 激光蚀刻仪 [0192] 161 激光束 [0193] 162 光学系统 [0194] N1 曲面法线 [0195] N2 曲面法线 [0196] L 纵向方向 |
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